第1章 氣體 1-1　大氣與氣體的性質 學習概念 1 、大氣 學習概念 2 、氣體的性質與大氣壓力 學習概念 3 、氣體粒子的運動模型

氣體 第1章 1-1 大氣與氣體的性質 學習概念 1 、大氣 學習概念 2 、氣體的性質與大氣壓力 學習概念 3 、氣體粒子的運動模型 Chemistry 氣體 1-1　大氣與氣體的性質 學習概念 1 、大氣 學習概念 2 、氣體的性質與大氣壓力 學習概念 3 、氣體粒子的運動模型

1-1 大氣與氣體的性質 大氣 1. 定義： 地球上空所覆蓋的氣體稱為大氣，其厚度約一千公里，靠近地表的部分俗稱空氣。 2. 組成： Chemistry 大氣 1 1. 定義： 地球上空所覆蓋的氣體稱為大氣，其厚度約一千公里，靠近地表的部分俗稱空氣。 2. 組成： 氣體種類 氮氣 氧氣 氬氣 二氧化碳 其他 乾燥空氣中含量 78.08％ 20.95％ 0.93％ 0.033％ 不足0.007％

1-1 大氣與氣體的性質 大氣 3. 分層： 對流層：0～13 km，所有氣候變化及生物活動皆在此範圍 Chemistry 大氣 1 3. 分層： 對流層：0～13 km，所有氣候變化及生物活動皆在此範圍 平流層：13～50 km，其中20～30 km處因含臭氧較多，因 此又稱臭氧層，大氣中約有90％的臭氧集中在這 個區域，此層具有吸收紫外光的功能，可保護地 表上的生物減少遭受紫外光的侵害。 中氣層（光化層）：50～85 km，含O2、O3及氮的氧化物， 會進行O2光分解，最低溫約－90 ℃。

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 大氣 1 3. 分層： 游離層（增溫層）：85～550 km，原子產生游離現象，可 用於反射長波長之無線電波，溫度相當高。 外氣層：550～1000 km，以氫、氦為主，為外太空的起點

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 大氣 1

1-1 大氣與氣體的性質 下列有關各大氣分層的敘述，哪些正確？ (A)引起光化作用最明顯的在中氣層 (B)全球增溫效應主要發生在對流層中 Chemistry 1 大氣結構及性質 下列有關各大氣分層的敘述，哪些正確？ (A)引起光化作用最明顯的在中氣層　 (B)全球增溫效應主要發生在對流層中　 (C)大氣中含有大量臭氧的區域在對流層，它可吸收紫外線，使地表生物免於受其高能量的傷害　 (D)對流層在大氣，垂直結構中厚度最小，但其所含的水蒸氣含量卻最多　 (E)在平流層中，氣溫隨距地面愈高，則溫度愈低

1-1 大氣與氣體的性質 【答案】 ＡＢＤ 【解析】 (C)臭氧主要存在於平流層中； (E)在平流層中，離地面高度愈高，其溫度愈高。 Chemistry 1 大氣結構及性質 【答案】 ＡＢＤ 【解析】 (C)臭氧主要存在於平流層中； (E)在平流層中，離地面高度愈高，其溫度愈高。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 1. 由氣體的通性： Chemistry 2 通性 說明 圖例 可壓縮性 (1)氣體粒子間的距離遠大於粒子本 身的大小。因此每個氣體粒子好 像不受其他粒子約束般快速自由 運動。 (2)氣體分子碰撞器壁因而產生壓力 （氣壓）。溫度愈高，氣體分子 運動速率愈快，撞擊器壁的頻率 增加，故壓力愈大。 ▲ 籃球因氣體粒子碰撞壁上的頻率增加而壓力變大，籃球變硬

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 1. 由氣體的通性： Chemistry 2 通性 說明 圖例 膨脹性 氣體會隨著溫度升高而加大氣體粒子間的距離，使體積增加。  

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 1. 由氣體的通性： Chemistry 2 通性 說明 圖例 擴散性 氣體置入一固定容器時，氣體粒子從高濃度區域向低濃度區域移動至整個容器，而達到均勻混合，此過程稱為擴散；因此，氣體的體積可視為容器體積。 ▲ 溴水揮發後溴蒸氣粒子在密閉容器的擴散現象

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 2. 大氣壓力： Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力： (1) 大氣施於海平面的壓力，稱為大氣壓力，即在 1平方公尺的面積上所承受的力（F）為氣體質量（m）乘以重力加速度（g）（9.8公尺／秒2）。 說明：因空氣柱內的氣體密度不均，空氣存在的高度亦無法確定。因此不易準確的算出此長方柱內空氣的總重量，也就無法算出 1 大氣壓力。

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 2. 大氣壓力： (2)測量： 十七世紀，科學家托里切利所設計的氣壓計可用來 測量大氣壓力。 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力： (2)測量： 十七世紀，科學家托里切利所設計的氣壓計可用來 測量大氣壓力。 說明：將水銀灌滿一端封口的細長管子，再將開口處插至水銀槽中，緩慢調整使其直立於水銀槽（如圖），管中部分水銀會流至槽內，直至管中高於槽中水銀面的水銀柱壓力等於外部的大氣壓力為止。 氣壓計：管中上方的真空稱為托里切利真空，高於水銀面的水銀柱高度即為大氣壓力 ▲

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力：

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力：

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力：

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力： 說明：

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力： 說明：

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 2. 大氣壓力： 說明：

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 3. 氣體壓力計： 實驗室中常用水銀壓力計測量氣體壓力，水銀壓力計可分為閉口式和開口式兩種。 Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 3. 氣體壓力計： 實驗室中常用水銀壓力計測量氣體壓力，水銀壓力計可分為閉口式和開口式兩種。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 3. 氣體壓力計： Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 3. 氣體壓力計： (1) 閉口式壓力計：常用來測量壓力較小的氣體。當下頁圖(A)左側的容器為真空時，兩邊水銀高度相等，若於左側容器中加入一些氣體（下頁圖(B)），氣體的壓力會使左側水銀柱下降，而右側水銀柱升高。由於水銀上方幾近真空，此時氣體壓力即等於左右兩管高度差，即氣體壓力（Pgas）＝Δh mmHg。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 3. 氣體壓力計： Chemistry 2 閉口式水銀壓力計： (A)氣體壓力為0； (B)氣體壓力： Pgas＝Δh＝20 mmHg ▲ (A)　　　　　　　　　　(B)

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 3. 氣體壓力計： (2) 開口式壓力計： 將裝入水銀的U型管一端連接於待測氣體的容器上， Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 3. 氣體壓力計： (2) 開口式壓力計： 　將裝入水銀的U型管一端連接於待測氣體的容器上， 　另一開口處與大氣相通：　 　① 當容器內氣體壓力等於大氣壓力時，兩端高度 　　 相等（如下頁圖(A)）。 　② 當容器內氣體壓力小於大氣壓力時，開口端的 　　 水銀柱高度低於氣體端（如下頁圖(B)）。 　③ 當容器內氣體壓力大於大氣壓力時，開口端的 　　 水銀柱高度高於氣體端（如下頁圖(C)）。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的性質與大氣壓力 3. 氣體壓力計： (A) (B) (C) Pgas = Patm – Δh Chemistry 氣體的性質與大氣壓力 2 3. 氣體壓力計： (A) (B) (C) Pgas＝Patm Pgas > Patm Pgas＜Patm Pgas = Patm – Δh Pgas = Patm + Δh =760 mmHg + 20 mmHg =780 mmHg =760 mmHg – 20mmHg =740 mmHg Pgas = Patm = 760 mmHg

1-1 大氣與氣體的性質 下列壓力的單位換算何者錯誤？ (A) 1 atm＝76 cmHg (B) 1 cmHg＝1 torr Chemistry 2 壓力單位 下列壓力的單位換算何者錯誤？ (A) 1 atm＝76 cmHg　 (B) 1 cmHg＝1 torr　 (C) 1 Pa＝1N／m2　 (D) 760 torr＝1013 hPa (E) 1 mb＝1 hPa

1-1 大氣與氣體的性質 【答案】 Ｂ 【解析】 1 atm＝760 mmHg＝760 torr ➭1 cmHg＝10 torr。 Chemistry 2 壓力單位 【答案】 Ｂ 【解析】 1 atm＝760 mmHg＝760 torr ➭1 cmHg＝10 torr。 1 atm＝1.013×105 Pa＝1.013 b ➭1 hPa＝1 mb。

1-1 大氣與氣體的性質 氣壓的測定 (1) 下圖實驗當時大氣壓力為1 atm，求下列各氣壓計內氣體壓力為多少mmHg？ Chemistry 3 氣壓的測定 (1) 下圖實驗當時大氣壓力為1 atm，求下列各氣壓計內氣體壓力為多少mmHg？ (a) 　　　　　　(b) 　　 　　　　(c) (2) 若將(c)的氣體改為開口式壓力計，則開口端汞柱比閉口端汞柱高或低若干cm？

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 3 氣壓的測定 【答案】 (1) (a) 835 mmHg，(b) 730 mmHg，(c) 45 mmHg；(2) 低71.5 cm 【解析】 (1) (a) 760＋75＝835（mmHg）； (b) 760－30＝730（mmHg）；(c) 45 mmHg。 (2) Pg＝P0－h，h＝760－45 ＝715 mmHg＝71.5 cmHg。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體粒子的運動模型 1. 氣體粒子模型的假設：1857年由魯道夫‧克勞修斯（Rudolf Clausius）提出。 Chemistry 氣體粒子的運動模型 3 1. 氣體粒子模型的假設：1857年由魯道夫‧克勞修斯（Rudolf Clausius）提出。 　(1) 氣體是由極小粒子組成。 　(2) 氣體粒子間的距離遠大於粒子本身大小，氣體粒子本身的體積可以忽略不計。 　(3) 氣體粒子以任意方向，持續不停的撞擊器壁而施加壓力於容器上。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體粒子的運動模型 1. 氣體粒子模型的假設：1857年由魯道夫‧克勞修斯（Rudolf Clausius）提出。 Chemistry 氣體粒子的運動模型 3 1. 氣體粒子模型的假設：1857年由魯道夫‧克勞修斯（Rudolf Clausius）提出。 　(4) 各氣體粒子單獨行動，互不影響，因此氣體粒子間的引力及斥力非常小，可以忽略不計。 　(5) 氣體粒子平均速率與絕對溫度有關，溫度愈高，平均速率愈大。 　(6) 氣體粒子彼此與器壁之間為彈性碰撞。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體粒子的運動模型 2. 氣體粒子碰撞容器壁產生壓力： Chemistry 氣體粒子的運動模型 3 2. 氣體粒子碰撞容器壁產生壓力： 器壁所受壓力大小取決於單位時間撞擊器壁的次數及單位面積上碰撞力的大小，因此定容下，單位時間碰撞器壁次數增大而使得氣體壓力增大。 氣體粒子在容器中自由移動 ▲

1-1 大氣與氣體的性質 氣體粒子的運動模型 3. 氣體粒子的速率： Chemistry 氣體粒子的運動模型 3 3. 氣體粒子的速率： (1) 氣體粒子在容器內彼此碰撞，造成某些粒子速率較快，某些粒子速率較慢，因此同一溫度，氣體粒子的速率並非完全相同。一般所指的氣體粒子速率均為其平均速率（v），如下頁圖所示的分布情形，顯示平均速率及曲線（曲線所圍的面積代表容器內的粒子總數）。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體粒子的運動模型 最多粒子可能 出現的速率 說明： 圖中之峰值，代表出現最可能速率（v P）之粒子數目。 Chemistry 氣體粒子的運動模型 3 最多粒子可能 出現的速率 說明： 圖中之峰值，代表出現最可能速率（v P）之粒子數目。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體粒子的運動模型 3. 氣體粒子的速率： Chemistry 氣體粒子的運動模型 3 3. 氣體粒子的速率： (2) 溫度可改變速率分布曲線。低溫時，速率分布曲線較為狹窄，平均速率較小；溫度增高時，曲線較為寬廣，但整個曲線往高速率方向偏移，使得平均速率變大。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體粒子的運動模型 Chemistry 3 曲線較為寬廣，但整個曲線往高速率方向偏移，使得平均速率變大。 速率分布曲線較為狹窄，平均速率較小 曲線較為寬廣，但整個曲線往高速率方向偏移，使得平均速率變大。

1-1 大氣與氣體的性質 氣體的速率分布曲線 氣體分子在容器內的移動平均速率隨著溫 度的升高而增快，單位時間內碰撞次數也 Chemistry 4 氣體的速率分布曲線 氣體分子在容器內的移動平均速率隨著溫 度的升高而增快，單位時間內碰撞次數也 隨之變大。右圖為某氣體分子在不同溫度 T1、T2及T3下，其移動速率及分子數目分 布曲線的示意圖。下列敘述哪些正確？ (A)最有可能的速率快慢順序為：T3＞T2＞T1　(B)溫度高低順序為：T2＞T1＞T3　(C)在相同溫度時，每一個氣體分子移動的動能均相同　(D)溫度升高後，具有較高速率的分子數目增加，因此碰撞次數也增加　(E)溫度升高後，分子速率分布曲線會變得較狹窄

1-1 大氣與氣體的性質 Chemistry 4 氣體的速率分布曲線 【答案】 ＡＤ 【解析】 溫度愈高， v愈大➭T3＞T2＞T1；由圖可知溫度愈高，具有高動能之分子數會增加而低動能的分子數會減少。